高压旋喷扩底桩在处理某粮食平房仓软土地基中的应用

摘 要：以某粮食储备库平房仓地基处理工程为背景，介绍了高压旋喷扩底桩在处理软土地基的应用。试验结果表明高压旋喷扩底桩对桩周土体的加固效果明显。

关键词：高压旋喷桩；扩底桩；现场试验；地基处理

中图分类号：TU473．1

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2007)01－0087－03

收稿日期：2006－10-25

作者简介：陈杰刚(1966－)，男(汉族)，湖南长沙人，工程硕士，高级工程师，从事质量安全管理工作。

1　前言

高压旋喷桩以其经济实用的性能、施工方法以及在施工中基本不污染环境，从而在工程中得到了越来越广泛的应用。高压旋喷扩底桩是在旋喷桩和扩底桩基础上发展起来的一种新桩型，通过增大旋喷压力和减慢提升速度的方式在桩底形成一个扩大头，增大桩的有效承载面积，从而提高桩端承载力。在同样桩长的情况下，可大大提高承载力。为研究高压旋喷扩底桩与高压旋喷桩(不扩底)在力学机理和承载力的异同，作者以某粮食储备库平房仓地基处理为背景，对高压旋喷扩底桩的设计、施工及检测进行了论述。

2　工程概况

某粮食储备库平房仓(如图1)长120m、宽27m、高13．3m，由(60×27)+(60×27)(跨27m，柱距6m)两个廒间组成。地面设计粮食堆载为100kPa。

本工程场地工程地质条件较差，其中不但浅层第①1层素填土和①2浜填土呈松软和流塑状态，工程性质很差，而且埋深相对较大的③层灰色淤泥质粉质粘土也呈饱和流塑状态，强度较低，压缩性很大。地质条件如表1。原地基承载力仅为60kPa。

为保证今后粮食堆场的安全和正常运营，必须选择适当的地基加固措施对本工程的地基土体进行处理。根据本工程平房仓的特点，要求地基处理后承载力提高较多，原设计方案为PHC管桩，但工程造价较高。为了降低造价，提高经济效益，决定采用高压旋喷桩扩底桩处理地基，剖面图如图2所示。

3　高压旋喷扩底桩的设计与施工

3．1高压旋喷扩底桩的设计

根据实际工程情况及所做固结体室内试验情况，工程采用底部扩大的扩底旋喷桩形式，上部桩径d=60cm，扩大头部分直径D=100cm，扩底端长120cm(如图2所示)。桩距为1．5m，以第⑤1层为持力层，平均桩长为17m。

根据室内试验结果，本工程注浆拟采用425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为500kg／m3，水灰比1：1～0．8：1，比重为1．49～1．60g／cm3。

水泥浆压力为20-30Mpa，空压机压力为0．7Mpa，旋转速度为10-20r／min，提升速度为1 0-25cm／min。

3．2　高压旋喷扩底桩的施工

施工前应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。

3．2．1钻机就位：根据设计的平面坐标位置进行钻机就位，钻机安放在设计的孔位上并应保持平稳、水平，桩架垂直，施工时旋喷杆的允许倾斜度不得大于1．5％。

3．2．2钻孔：在预定的旋喷桩位上钻孔，以便旋喷杆可以放置到设计要求的地层中。钻孔设备本工程采用GD-2型和G-2A型钻机进行施工。

3．2．3旋喷作业：当采用上述二种钻机进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合二为一，当旋喷管(钻杆)钻至设计深度时即可开始旋喷，自下而上进行旋喷作业，技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录。

本工程注浆采用425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为550kg／m3，水灰比1：1～0．8：1，比重为1．49～1．60g／cm3。

水泥浆压力为15MPa，空压机压力为0．7MPa，旋转速度为10-20r／min，提升速度为20cm／min，其中在扩底部分水泥浆压力为25MPa，空气压力为0．8MPa，选择速度为25r／min，提升速度为25cm／min。

3．2．4冲洗移位：旋喷管被提升到设计标高顶部时，该孔的喷射即告完成，将卸下的旋喷管逐节拆下，进行冲洗，以防浆液在管内凝结堵塞。冲洗完成后，将钻机等机具设备移到下一孔位。

3．3搅拌桩施工的保证措施

3．3．1测量放线由专职测量人员负责测量放线及桩位的定位。

3．3．2桩机必须端正、稳固、水平、用经纬仪保持垂直度。

3．3．3旋喷前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。喷射时，钻杆的旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆连续旋喷时，要注意保持钻杆有0．1m的搭接长度，不得使喷射固结体脱节。

3．3．4浆液配制必须按规定的配合比进行配制。

3．3．5开挖沟槽及清障时，要控制好沟槽两边尺寸，以便设备的就位。

3．3．6搅浆系统要保持完好，准备好备用泵等设备。

3．3．7对开槽及溢出的泥土要及时清运，创造良好的施工环境。

4　高压旋喷扩底桩的检测

由于工程地质条件较差，为确保整个施工的安全和质量，按照信息化施工的要求，对旋喷扩底桩施工情况进行跟踪监测，随时提供可靠的数据，用数据指导整个施工，为安全、优质完成本工程场地的地基加固施工服务，真正做到信息化施工。

为了将高压旋喷扩底桩的力学机理与高压旋喷桩进行比较，根据作者要求，业主在厂房间道路区专门增加了一根高压旋喷桩(即不扩底)的施工，以方便作者进行比较试验研究。

4．1钻孔取土室内试验

为了检查地基加固前后浅层软土层的物理、力学指标的变化，查明旋喷过程中的排水固结和强度增长状况，以评价旋喷桩加固前后在场地典型位置和深度钻孔取土进行常规室内土工试验，以此在浅层5m以上部分去了10组土样，地基加固前后各土层的物理力学性质指标详见土的物理力学性质指标汇总表2。

由表2可以看出，经浅层部分的桩周土体的物理力学性质指标都有不同程度的提高，说明高压旋喷桩的挤土效应及置换效应较为明显，起到了很好的地基加固作用。

4．2十字板剪切试验

检验浅层土体在高压旋喷桩施工前后浅层土体原位抗剪强度增长情况，以评价加固效果及推算地基承载力增长情况。按照有关规范规定，检测场地共布置十字板剪切试验点4个，试验结果表明，经过处理后，场地内各土层不排水抗剪强度得到较为明显的提高，土的灵敏度也得到改善，详见表3。

4．3静力触探试验

为了及时了解场地加固情况，控制场地

的地基加固质量，在地基加固前后选择典型位置进行静力触探试验测试。在地基加固前和旋喷桩施工结束后分别取了10个孔进行了静力触探试验，孔深20m，检测在地基加固前后的效果。现将典型的2个孔(4#、8#)在加固前后孔静力触探试验结果对比如下：

由图可以看出，在高压旋喷扩底桩施工完成后，各个土层的比贯入阻力都有明显的提高，约为加固前的2倍，而在扩底部分附近，即1 6m到19m之间，加固效果尤为明显，最大可达加固前的3倍。在19m至20m之间的土层的加固效果则不太明显，因此可以认为本工程高压旋喷扩底桩的加固深度为19m。

4．4静载试验

为了检验旋喷扩底桩加固后形成的复合地基的加固效果，以及旋喷扩底桩与不扩底桩承载力的异同，在旋喷桩施工结束后28天，选择典型桩位进行了复合地基载荷板试验，本文选取典型的两组试验进行比较，如图5所示。

图6为高压旋喷扩底桩与高压旋喷桩(不扩底)现场载荷试验P～S曲线。由图6可以看出，高压旋喷扩底桩的承载力要明显高于高压旋喷桩，根据《建筑地基处理技术规范JGJ79-2002》所规定的复合地基承载力特征值的取值，结合本工程实际情况，高压旋喷扩底桩的承载力特征值为134kPa，满足本工程120kPa的要求，而高压旋喷桩的承载力特征值为95kPa，不满足工程设计要求。

4．5桩土应力分担比监测

通过在静载试验过程中预先埋设的TYJ20钢弦式土压力盒(图7、图8)，测试桩土应力比及桩体实际受力，研究高压旋喷扩底桩和高压旋喷桩及周围土体的受力情况，检验高压旋喷扩底桩的加固效果，从而为科学推广设计提供数据支持。

图9为各级荷载作用下高压旋喷扩底桩和高压旋喷桩的桩土应力比测试结果，由图9可以看出，当荷载小于230KN左右时，高压旋喷桩的桩土应力比值要小于高压旋喷扩底桩，而在荷载大于220KN时，高压旋喷桩的桩土应力比值要大于高压旋喷扩底桩，高压旋喷桩桩土应力比的最大值为8．7，而高压旋喷扩底桩的最大值为6．5左右。并且高压旋喷桩桩土应力比的曲线斜率要大于高压旋喷扩底桩。

5　小结

5．1为确保整个施工的安全和质量，按照信息化施工的要求，对高压旋喷扩底桩的加固效果进行检测，检测内容主要有：孔内取土室内试验；十字板剪切试验；静力触探；载荷板试验；桩土应力比试验。

5．2现场试验结果表明，采用高压旋喷扩底桩对该粮食储备库平房仓粮食堆场车间的地基加固处理是可行的，载荷试验结果表明复合地基承载力标准值达到134kPa，满足工程设计要求，高压旋喷扩底桩对桩周土体的加固效果明显，并且工程总投资比原方案(PHC管桩)节省了近40％。

作者单位：陈杰刚　长沙市建筑工程安全监察站；郭呈周　河南工业大学土木建筑学院

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。